(57)【要約】  工業的プロセスにおけるＣＯ２排出を減少させる方法及び統合システム。本方法及び統合システム（１００）は、化学吸収剤により第１のガス流（１０４）から二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを捕捉し、第１のガス流と比較して高い濃度の一酸化炭素（ＣＯ）ガス及び低い濃度のＣＯ２ガスを有する第２のガス流（１０６）を生成する。第２のガス流中のＣＯガスは、水素（Ｈ２）ガス（１３８）との発熱反応（１０８）においてＣ５〜Ｃ２０炭化水素を生成するために使用される。発熱反応で生成された熱の少なくとも一部は、第１のガス流から捕捉されたＣＯ２ガス（１２８）の遊離による化学吸収剤の再生のため使用される。発熱反応中に捕捉された熱は、任意に、最初に電力の発生のために使用され得、電力の発生後に残存する熱は化学吸収剤を熱的に再生するため使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学吸収剤により、一酸化炭素（ＣＯ）ガス及びＣＯ２ガスを含む第１のガス流から二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを捕捉し、第１のガス流と比較して高い濃度のＣＯガス及び低い濃度のＣＯ２ガスを有する第２のガス流を生成することと、
熱を生成するフィッシャー−トロプシュ反応から、水素（Ｈ２）ガス及び前記第２のガス流中の前記ＣＯガスにより炭化水素を生成することと、
前記フィッシャー−トロプシュ反応で生成された前記熱の少なくとも一部を使用して、前記第１のガス流から捕捉された前記ＣＯ２ガスの遊離により前記化学吸収剤を再生することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記第１のガス流が、前記第１のガス流の総体積パーセントに基づいて、少なくとも２０体積パーセント（体積％）の、ＣＯガスとＣＯ２ガスとを合わせた量を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のガス流が、０．５：１〜１０：１の前記ＣＯ２ガスに対する前記ＣＯガスのモル比（ＣＯガスモル数：ＣＯ２ガスモル数）を有する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のガス流が、０．５：１〜２．５：１の前記ＣＯ２ガスに対する前記ＣＯガスのモル比（ＣＯガスモル数：ＣＯ２ガスモル数）を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のガス流からＣＯ２ガスを捕捉することが、気相の少なくとも１つの追加の物質を捕捉することをさらに含み、前記物質がアミン、硫黄、ホスフェート、及びシアン化物の群から選択される部分を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記フィッシャー−トロプシュ反応から炭化水素を生成することが、Ｃ５〜Ｃ２０炭化水素を生成することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記フィッシャー−トロプシュ反応から前記Ｃ５〜Ｃ２０炭化水素を生成するために使用される、前記第２のガス流中の前記Ｈ２ガス及び前記ＣＯガスが、１：１〜３：１の範囲内の、ＣＯガスに対するＨ２ガスのモル比（Ｈ２ガスモル数：ＣＯガスモル数）で反応する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記フィッシャー−トロプシュ反応の後に残存する前記ＣＯガス及びＨ２ガスの少なくとも一部が、前記第２のガス流に戻ることをさらに含む、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記フィッシャー−トロプシュ反応の間に生成された前記熱により電力を発生させることをさらに含み、前記電力の発生からの廃熱が、前記フィッシャー−トロプシュ反応の間に生成される前記熱の前記一部として前記化学吸収剤を再生するために使用される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくともＣＯガス及びＣＯ２ガスを有する第１のガス流のための入口を有するＣＯ２吸収システムであって、化学吸収剤により前記第１のガス流からＣＯ２ガスを捕捉し、第１のガス流と比較して高い濃度のＣＯガス及び低い濃度のＣＯ２ガスを有する第２のガス流を生成する、ＣＯ２吸収システムと、
水素（Ｈ２）ガス源及び前記第２のガス流を受け取るように前記ＣＯ２吸収システムに接続された、熱を生成するフィッシャー−トロプシュ反応器であって、前記Ｈ２ガス及び前記第２のガス流からの前記ＣＯガスによりフィッシャー−トロプシュ反応により触媒的に炭化水素を生成するように動作する、フィッシャー−トロプシュ反応器と、
前記フィッシャー−トロプシュ反応の間に生成される熱を捕捉するために前記フィッシャー−トロプシュ反応器に接続された熱交換器と、
前記ＣＯ２吸収システム及び前記熱交換機の両方に接続されたＣＯ２脱着システムであって、前記フィッシャー−トロプシュ反応器に接続された前記熱交換器により捕捉された前記熱の少なくとも一部が、前記ＣＯ２脱着システムにおいて、前記化学吸収剤を熱的に再生し、前記捕捉されたＣＯ２ガスを遊離させる、ＣＯ２脱着システムと、を備える、統合システム。
【請求項１１】
前記第１のガス流が、前記第１のガス流の総体積パーセントに基づいて、少なくとも２０体積パーセント（体積％）のＣＯガスとＣＯ２ガスとを合わせた量を有する、請求項１０に記載の統合システム。
【請求項１２】
前記第１のガス流が、５〜６０体積パーセント（体積％）の窒素ガス、１５〜５０体積％のＣＯガス、５〜３５体積％のＣＯ２ガス、及び１〜３５体積％の水素ガスを含む、請求項１０または１１に記載の統合システム。
【請求項１３】
前記第１のガス流が、０．５：１〜１０：１の前記ＣＯ２ガスに対する前記ＣＯガスのモル比（ＣＯガスモル数：ＣＯ２ガスモル数）を有する、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の統合システム。
【請求項１４】
前記第１のガス流が、０．５：１〜２．５：１の前記ＣＯ２ガスに対する前記ＣＯガスのモル比（ＣＯガスモル数：ＣＯ２ガスモル数）を有する、請求項１３に記載の統合システム。
【請求項１５】
前記フィッシャー−トロプシュ反応において、前記炭化水素を生成するために使用される前記第２のガス流中の前記Ｈ２ガス及び前記ＣＯガスが、１：１〜３：１の範囲のＣＯガスに対するＨ２ガスのモル比（Ｈ２ガスモル数：ＣＯガスモル数）で反応する、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の統合システム。
【請求項１６】
前記フィッシャー−トロプシュ反応器が、２００℃〜２６０℃の範囲の温度及び１０００ｋＰａ〜５０００ｋＰａの範囲の圧力でコバルト触媒を用いて動作する、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の統合システム。
【請求項１７】
前記フィッシャー−トロプシュ反応がＣ５〜Ｃ２０炭化水素を生成する、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の統合システム。
【請求項１８】
前記フィッシャー−トロプシュ反応器からのＣＯ２ガスが、前記ＣＯ２吸収システムの入口へ供給される、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の統合システム。
【請求項１９】
前記フィッシャー−トロプシュ反応器からの前記ＣＯガス及びＨ２ガスの少なくとも一部が前記フィッシャー−トロプシュ反応器へ戻る、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の統合システム。
【請求項２０】
前記フィッシャー−トロプシュ反応器の前記熱交換機で捕捉された前記熱が、最初に電力の発生に使用され、前記電力の発生の後に残存する廃熱が、前記ＣＯ２脱着システム内の前記化学吸収剤を熱的に再生するために使用される、請求項１１〜１９のいずれか一項に記載の統合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して工業的プロセスに関し、特に工業的プロセスから流出するガスからのＣＯ２ガスの排出の減少に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の工業的プロセスは、二酸化炭素（ＣＯ２）と炭素を含む他の生成物、例えば一酸化炭素（ＣＯ）、を含む排ガスを生成する。そのような排ガスの例は、鉄鋼製造業からの排ガス（例えば溶鉱炉ガス、転炉排ガス、またはコーク炉ガス）を含む。これらの排ガスは約１０〜５０体積パーセント（体積％）の範囲のＣＯ２ガス濃度と約１０〜８０体積％の範囲のＣＯガス濃度を有する。排ガスはまた、水素、炭化水素、及び／または窒素のような不活性ガスのような他のガスも最大約５０体積％の量で含み得る。燃焼ガスは排ガスの一例である。
【０００３】
大気に排出される前に、排ガス中のＣＯガスは、その毒性のためＣＯ２ガスに転換される必要がある。燃焼プロセスは種々のプロセスで使用し得る熱と共にＣＯ２ガスを生成するために使用できる。しかし、高濃度のＣＯ２ガス及び窒素ガスは排ガスに存在するＣＯガスのカロリー濃度を大きく下げ、結果的に排ガスを使用する動機を小さくする。それにもかかわらず、毒性のある／有害なＣＯガスは排出前にＣＯ２ガスへ転換されなければならない。したがって、排ガスは、電力生成において生じる熱の回収に努めることなくＣＯガスを追加のＣＯ２ガスへ転換するため、燃焼されることが多い。
【０００４】
プロセスに関わらす、エネルギー生成プロセスにおいて排ガスの燃焼と使用は大気へ排出される追加のＣＯ２ガスを発生する。いくつかの地域、例えばヨーロッパでは、多量のＣＯ２ガスを排出する産業は課税され及び／またはＣＯ２ガスを生成する原料の使用に基づきＣＯ２取引権の購入を求められ、しばしばそのようなエネルギー生成プロセスを不経済にしている。
【０００５】
その排出を最小にする努力の中で、ＣＯ２ガスは捕捉され、貯蔵または１つ以上の工業的プロセスにおいて使用され得る。例えば、工業的プロセスはＣＯ２ガスが原料として使用されるところに存在する。これらの用途は、しかし、濃縮され及び高度に精製されたＣＯ２ガスを必要とすることが多い。これらの工業的プロセスの例は、セメント工業、飲料水工業（例えば炭酸飲料の製造）、いわゆるドライリフォーミングによる、または水蒸気改質と組み合わせて、または水蒸気改質と部分酸化と組み合わせていわゆるトリリフォーミングによる合成ガスの生成のため、または水素による化学的転換によるメタノールの生成での使用ためのプロセスを含む。燃焼プロセスで生成されたＣＯ２ガスは、しかし、典型的には、そのような用途の原料として使えるほどには濃縮されず及び／または、純粋ではない。
【０００６】
排ガスからのＣＯ２ガスを分離するプロセスは、また、一般に捕捉されたよりも、全体として多量のＣＯ２ガスが生成される程のエネルギーの投入が求められる。言いかえれば、ＣＯ２ガスの転換及び／または分離プロセスは熱力学的に不利なことが多く、そのため、追加のＣＯ２生成を伴うエネルギー投入を必要とする。例えば、アミン−ベースの溶液によるＣＯ２吸収は非常に効率的であり、選択的にＣＯ２ガスを吸収することが知られている。しかし、再生工程とも呼ばれているそのような溶液からのＣＯ２の回収は、高度に吸熱的である。したがって、この再生工程は追加のエネルギー消費、及び最終的に追加のＣＯ２ガス排出を引き起こす。
【０００７】
したがって、ＣＯ及びＣＯ２ガスを含む排ガスからＣＯ２排出を減少させる点に改善する必要がある。
【発明の概要】
【０００８】
本開示は、価値のある炭化水素原料も生成しながら、工業的プロセスにおいて生成された排ガスからのＣＯ２ガス排出の減少を助ける、方法と統合システムの両方を提供する。本方法は化学吸収剤による、一酸化炭素（ＣＯ）ガス及びＣＯ２ガスを含む第１のガス流から二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを捕捉し、第１のガス流と比較して高い濃度のＣＯガス及び低い濃度のＣＯ２ガス濃度を有する第２のガス流を生成することと、熱を生成するフィッシャー−トロプシュ反応から、第２のガス流中の水素（Ｈ２）ガス及びＣＯガスにより炭化水素を生成することと、フィッシャー−トロプシュ反応で生成された熱の少なくとも一部を使い、第１のガス流から捕捉されたＣＯ２ガスの遊離により化学吸収剤を再生することと、を含む。
【０００９】
第１のガス流が、０．５：１〜１０：１のＣＯ２ガスに対するＣＯガスのモル比（ＣＯガスモル数：ＣＯ２ガスモル数）を有し、そこにおいては、第１のガス流が、０．５：１〜２．５：１のＣＯ２ガスに対するＣＯガスのモル比（ＣＯガスモル数：ＣＯ２ガスモル数）も有し得る。フィッシャー−トロプシュ反応から炭化水素を生成することには、Ｃ５〜Ｃ２０炭化水素を生成することを含み、ここで、Ｈ２ガス源からのＨ２ガスと、フィッシャー−トロプシュ反応からＣ５〜Ｃ２０炭化水素を生成するため使用される、第２のガス流中のＣＯガス及びＨ２ガスが、１：１〜３：１の範囲内の、ＣＯガスに対するＨ２ガスのモル比（Ｈ２ガスモル数：ＣＯガスモル数）で反応する。述べたように、フィッシャー−トロプシュ反応は熱を生成し、その一部は第１のガス流から捕捉されたＣＯ２ガスの遊離により化学吸収剤を再生するために使用できる。フィッシャー−トロプシュ反応の間に生成される熱はまた、電力を発生させるためにも使用でき、電力の発生からの廃熱はフィッシャー−トロプシュ反応の間に生成された熱の一部として化学吸収剤を再生するために使用される。
【００１０】
本開示の統合システムは、とりわけ、少なくともＣＯガス及びＣＯ２ガスを有する第１のガス流のための入口を有するＣＯ２吸収システムであって、化学吸収剤により第１のガス流からＣＯ２ガスを捕捉し、第１のガス流と比較して高い濃度のＣＯガス及び低い濃度のＣＯ２ガスを有する第２のガス流を生成するＣＯ２吸収システムと、水素（Ｈ２）ガス源及び第２のガス流を受け取るようにＣＯ２吸収システムに接続したフィッシャー−トロプシュ反応器であって、Ｈ２ガス源からのＨ２ガス並びに第２のガス流からのＣＯガス及びＨ２ガスにより、熱を生成するフィッシャー−トロプシュ反応から触媒的に炭化水素を生成するよう動作する、フィッシャー−トロプシュ反応器と、フィッシャー−トロプシュ反応の間に生成する熱を捕捉するためにフィッシャー−トロプシュ反応器に接続した熱交換器と、ＣＯ２吸収システムと熱交換機の両方に接続したＣＯ２脱着システムであって、フィッシャー−トロプシュ反応器に接続した熱交換器により捕捉された熱の少なくとも一部は、ＣＯ２脱着システムにおいて、化学吸収剤を熱的に再生し、捕捉されたＣＯ２ガスを遊離する、ＣＯ２脱着システムと、を含む。フィッシャー−トロプシュ反応器は２００℃〜２６０℃の範囲の温度、及び０．５Ｍｐａ〜５Ｍｐａの範囲の圧力でコバルト触媒を用いて動作できる。追加の実施形態では、フィッシャー−トロプシュ反応器の熱交換器により捕捉された熱は最初に電力の発生に使用され、電力の発生後に残存する廃熱は、ＣＯ２脱着システムの化学吸収剤を熱的に再生するように使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示に従う統合システムを図示する。
【図２】本開示に従う統合システムを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
有害な気候変動に至る温室ガスの人による排出に関する懸念が大きくなっている。二酸化炭素（ＣＯ２）は生成される主要な温室ガスの一つとして認識され、例えば工業的プロセスからの排ガスに放出される。そのような工業的プロセスは、化石燃料エネルギー設備、鉄鋼製造設備、バイオマスエネルギー設備、天然ガス処理施設、合成燃料プラント、精油所、石油化学製造プラント、及び化石燃料ベース水素製造プラントを含むが、これらに限定はされない。いくつかのケースでは、これらの排ガスはＣＯも含み、例えば、鉄鋼工業からの排ガスでは、そうである。大気に排出される前、排ガス中のＣＯガスは、その毒性のためＣＯ２ガスへ転換される必要がある。燃焼プロセスは種々のプロセスで使用できる熱と共にＣＯ２ガスを生成するため使用できる。
【００１３】
ＣＯ２ガスの遊離を防ぐため、種々の捕捉技術が提案されてきた。これらの捕捉技術のうち、化学的吸収はこれらの工業的プロセスの排ガスからのＣＯ２ガスの捕捉に最も適していると考えられている。化学的吸収は、しかし、多量のＣＯ２を含む化学吸収剤を再生するためエネルギーを必要とする。しばしば、化学吸収剤を再生するために必要なエネルギーもまたＣＯ２ガスを生成し、このことはＣＯ２ガスの捕捉の全体的な効率と有効性を損なっている。
【００１４】
この問題に対処する努力の中で、本開示は、化石由来の炭素ベースの生産物、つまりオイルまたはガスと取って代わることができる、価値のある炭化水素製品も生成しながら、工業的プロセスで生成される排ガスからのＣＯ２ガス排出の減少を助ける方法と統合システムの両方を提供する。本文書で論じられる方法と統合システムは、化学吸収剤により第１のガス流からＣＯ２ガスを捕捉し、第１のガス流と比較して高いＣＯガス濃度と低いＣＯ２ガス濃度を有する第２のガス流を生成する。第２のガス流中のＣＯガスは水素（Ｈ２）ガスとともにフィッシャー−トロプシュ反応において炭化水素を生成するために使用される。炭化水素の生成は、ＣＯガスが燃焼されてより多くのＣＯ２ガスを生成することなく、価値のある製品に転換されるのでＣＯ２ガス排出を本来節減する。フィッシャー−トロプシュ反応で生成される熱の少なくとも一部は、第１のガス流から捕捉したＣＯ２ガスを遊離して多量のＣＯ２を含む化学吸収剤を再生するために使用される。フィッシャー−トロプシュ反応の間に捕捉される熱は、また任意に最初に電力を発生させるため使用することができ、電力の発生後の残留する熱は、その後、多量のＣＯ２を含む化学吸収剤を、熱的に再生するために使用される。そのため、驚くべきことに、本開示は僅かな正味のエネルギーの投入、あるいは投入を要することなくＣＯ２ガスを同時に捕捉しながら、通常、廃棄されるＣＯ−含有廃棄流から価値のある炭化水素の生成を提供する。
【００１５】
本文書で使用されるとき、用語「排ガス」は少なくともＣＯ２ガス及びＣＯガスを含む、いずれかのプロセス後のガスを意味する。排ガスの例は煙道ガス、排気ガス、吐き出しガス及び／または、本文書で述べたような工業的プロセスからのプロセスガスを含む。
【００１６】
本文書で使用されるとき、統合システムに関する場合「ライン」は、ライン内を移動することが示された流体（例えば液体またはガス）を輸送するために十分な大きさと適正な材料のパイプまたは導管を示す。流体を移動させるための１つ以上のポンプ及び／またはコンプレッサーまたは他の既知の装置もまた、本文書で論じられた統合システムのライン及び構成要素と組み合わされることが理解されるべきである。そのような装置は、しかし、図面が本開示をより良く示すため図示されていない。統合システムの図面に見える「ライン」上に示された矢の先端は、流体の流れの方向を示す。
【００１７】
本文書で使用されるとき、単数表記、「その（前記）」、「少なくとも１つの」及び「１つ以上の」は交互に交換され得る。用語「含む」とその変形は、これらの用語が明細書及び請求項に使用される場合には、限定的な意味を有しない。用語「及び／または」は列挙された要素の１つ、または１つ以上、または全てを意味する。本文書で使用される場合、用語「約」は、特定された値に正確に限定されない場合がある。少なくとも１つの例では、用語「約」により示される分散は測定装置の精度を参照して決定できる。また、本文書では、端点による数値範囲の記載はその範囲内に含まれる全ての数（例えば、１〜５は１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５等）を含む。
【００１８】
本開示の以下の詳細な記載においては、本開示の一部であり、本開示の１つ以上の実施形態がどのように実施され得るかの説明として示されている、添付図面を参照する。これらの実施形態は、本開示の実施形態を、当業者が実施できる程十分詳細に述べられている。そして他の実施態様が利用されてもよく、また本開示の範囲から離れずにプロセス、化学的及び／または構造的変化を行い得ることが理解されるべきである。
【００１９】
本文書の図は、最初の桁が図面の番号に相当し、残りの桁は図面の中の要素または構成部分を特定するという番号付の慣行に従う。異なった図の間の同様の要素または構成部分は同様の数字を使用して特定され得る。例えば、１１０は図１の要素「１０」を指すことができ、同様の要素は、図２において「２１０」として参照される。理解されるであろうが、本開示の多くの追加の実施形態を提供するため、本文書の種々の実施形態に示された要素が加えられ、交換され、及び／または除かれ得る。加えて、理解されるであろうが、図に示された要素の比率と相対的な大きさは本発明の実施形態を説明することが目的とされ、限定的意味に理解してはならない。
【００２０】
ここで、図１を参照すると、本開示による統合システム１００の実施形態が図示されている。この統合システム１００は、２つの主要なプロセスを含み、これらは両者が化学吸収剤を使用してＣＯ２ガスを捕捉すること、及びＣＯガスとＨ２ガスを炭化水素へ転換する発熱的プロセス（例えばフィッシャー−トロプシュ反応）において捕捉された熱を使い化学吸収剤を熱的に再生するために統合されている。図１に示されているように、統合システム１００は化学吸収剤を使用して第１のガス流１０４からＣＯ２ガスを吸収し、それにより第１のガス流１０４と比較して高い濃度のＣＯガスと低い濃度のＣＯ２ガスを有する第２のガス流１０６を生成するように作動するＣＯ２吸収システム１０２を含む。本文書でさらに十分に論じると、第２のガス流１０６はフィッシャー−トロプシュ反応器１０８で使用され、そこで第２のガス流１０６のＣＯガスは、第２のガス流１０６と流れ１３８の両方からのＨ２ガスと反応し、発熱的フィッシャー−トロプシュ反応から炭化水素及び熱の両方を生成する。本文書で述べられるように、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８で生成された熱は、ＣＯ２脱着システム１１０の化学吸収剤を再生するため使用される。
【００２１】
ＣＯ２吸収システム１０２とＣＯ２脱着システム１１０と共に使用し得る種々のＣＯ２ガス捕捉技術が存在する。そのようなＣＯ２ガス捕捉技術は、第１のガス流１０４からＣＯ２ガスを捕捉するため、物理的吸着、物理的吸収、膜技術及び／または化学的吸収を含み得る。これらの技術のうち、化学吸収剤を使う化学的吸収の使用が好ましい。なぜならそれは本文書に記載された工業的プロセスからの排ガスに存在するＣＯ２ガスの体積、圧力及び温度に最も適用され得るからである。しかし述べたように、化学吸収剤の使用はいくつかの欠点を引き起こす。最も顕著なものはＣＯ２脱着システムにおけるその再生での高いエネルギー消費である。本開示は、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８を使用して、ＣＯ２脱着システム１１０における化学吸収剤を再生するために必要なエネルギーを少なくとも提供する。
【００２２】
図１に示すように、ＣＯ２吸収システム１０２は、化学吸収剤により第１のガス流１０４からＣＯ２を捕捉するための吸収塔１１２（スクラバーまたは吸収装置とも称される）を含む。図１は、また化学吸収剤を再生し、第１のガス流１０４から捕捉されたＣＯ２ガスを放出する脱着塔１１４（回収塔とも称される）を有するＣＯ２脱着システム１１０も示す。ＣＯ２吸収システム１０２とＣＯ２脱着システム１１０は、第１のガス流１０４から吸収塔１１２において化学吸収剤によりＣＯ２ガスを捕捉し、第１のガス流１０４と比較したとき、高い濃度のＣＯガスと低い濃度のＣＯ２ガスを有する第２のガス流１０６を生成するように作動する。
【００２３】
種々の化合物とその溶液は化学吸収剤のため使用できる。例えば、化学吸収剤はアミンベースの化合物であり得る。そのようなアミンベースの化合物の具体例は、アミン、アルカノールアミン、イオン性液体及び／またはピペラジンを含み得るがこれらに限定されない。好ましくは、アルカノールアミンは、少なくとも１個のＯＨ基及びアミン基を含む一級、二級及び／または三級アミンを含み得るが、これらに限定されない。そのようなアルカノールアミンはモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、２−ジ−プロパノールアミン（ＤＩＰＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、Ｎ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、ジグリコールアミン（ＤＧＡ）、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるものを含む。
【００２４】
好ましくは、水性アルカノールアミン溶液はＣＯ２吸収システム１０２における化学吸収剤として使用される。水性アルカノールアミン溶液は、本文書に記載された１つ以上のアルカノールアミンと水の溶液を含む。好ましくは、ＣＯ２吸収システム１０２で使用される水性アルカノールアミン溶液は、水性アルカノールアミン溶液の総重量に基づき２０重量パーセント（重量％）〜５５重量％の濃度を有する。最後に、本文書に記載された種々の化学吸収剤の種々の特性と利点のため、２以上の化学吸収剤の混合物もまた、吸収塔１１２でのＣＯ２ガス捕捉効率を高めるために使用できる。
【００２５】
当業者によって理解されるように、第１のガス流１０４の体積、組成、ＣＯ２濃度、温度は他のパラメータとともに、吸収塔１１２及び脱着塔１１４のそれぞれについての機能、構造、数、大きさ、及び運転パラメータの決定を助ける。一般に、吸収塔１１２は約１００ｋＰａの圧力と４０℃〜６０℃の範囲の温度で動作する。あるいは、吸収塔１１２は１５℃〜６５℃の範囲の温度で、５ｋＰａ〜８４００ｋＰａの範囲の圧力で動作できる。吸収塔１１２の動作圧の具体例は、２５℃〜５０℃の範囲の温度で、５００ｋＰａ〜４０００ｋＰａを含み得る。吸収塔１１２を運転する正確な圧力と温度は、使用される化学吸収剤の正確な組成により変わり得る。脱着塔１１４は、約１００ｋＰａの圧力及び９０℃〜１３５℃の範囲の温度で動作し得る。あるいは、脱着塔１１４は、９０℃〜１１０℃の範囲の温度に関し、１００ｋＰａ〜２５０ｋＰａの範囲の圧力で稼働動作し得る。脱着塔１１４の動作圧の具体例は、９０℃〜１１０℃の範囲の温度に関し４０ｋＰａ〜１７０ｋＰａも含み得る。同様に、脱着塔１１４の動作のための正確な圧力と温度は、再び、使用する化学吸収剤の正確な組成、化学吸収剤の熱的安定性、及び溶媒の多量の仕込みにより変わり得る。とりわけ、扱う必要のあるガスの体積流量により、吸収塔１１２及び／または脱着塔１１４のそれぞれは２塔以上で、ＣＯ２吸収システム１０２で使用できる。
【００２６】
吸収塔１１２の実施例はトレー塔、充填床、スプレー塔、気泡塔、または泡鐘塔として構成されるものを含み得る。吸収塔１１２は第１のガス流１０４と化学吸収剤に関して、液相と気相との間でＣＯ２ガスを交換するために並流または、好ましくは向流のいずれかで動作できる。そのため、例えば、第１のガス流１０４は、図示のようにライン１１８を経て入口１１６で吸収塔１１２の底部に入り、そして化学吸収剤と向流で接触することができる。
【００２７】
吸収塔１１２の内部では、第１のガス流１０４におけるＣＯ２ガスは気相から化学吸収剤の液相へ移る。気相から化学吸収剤の液相へ移ったＣＯ２ガスの量は、吸収塔１１２で利用できるトレーの数または充填物の高さ、所与の状況に関し本技術分野の技術の範囲内にある吸収塔の大きさと構造、の関数である。気相から化学吸収剤の液相へ移るＣＯ２ガスの量は、また吸収剤の濃度、液体と気体の比及び運転温度と圧力の関数でもある。
【００２８】
多量のＣＯ２を含む化学吸収剤は、吸収塔１１２の下部のライン１２０を経て取り出され、再生のためにＣＯ２脱着システム１１０の脱着塔１１４に送られる。脱着塔１１４の例は充填床塔、トレー塔、スプレー塔または気泡塔のように構成されたものを含み得る。多量のＣＯ２を含む化学吸収剤は、脱着塔１１４の塔頂近くにライン１２２を経て入る。図示されたように、ＣＯ２脱着システム１１０は、脱着塔１１４の中へ熱を導入するためのリボイラー１２４を含む。リボイラー１２４は、多量のＣＯ２を含む化学吸収剤を加熱し、吸収されたＣＯ２ガスを放出し、それにより脱着塔１１４を通る中で化学吸収剤を再生することを促す。
【００２９】
放出されたＣＯ２ガスは気泡を作り脱着塔１１４の塔頂へ上昇するとき、化学吸収剤と向流で移動する。放出されたＣＯ２ガスは、ＣＯ２ガスが回収ＣＯ２ガス流１２８としてＣＯ２脱着システム１１０を出る前に水と他の化合物の除去を促すためコンデンサー１２６を通り抜けることができる。回収ＣＯ２ガス流１２８は比較的高濃度のＣＯ２ガスを含む。例えば、回収ＣＯ２ガス流１２８は、回収ＣＯ２ガス流１２８の総体積に基づき少なくとも９５体積％のＣＯ２ガスを含み得る。回収ＣＯ２ガス流１２８は１つ以上の工業的プロセスで使用することができ、または貯蔵することができる。
【００３０】
再生された化学吸収剤は、脱着塔１１４の下部からライン１３０を経て除去される。ライン１３０にある化学吸収剤は次いで、熱交換器１３２を通り抜けることができる。熱交換器１３２は、多量のＣＯ２を含む化学吸収剤がＣＯ２脱着システム１１０の脱着塔１１４へ送られる前に、ライン１３０にある化学吸収剤内の熱に、吸収塔１１２の下部のライン１２０を経て取り出されつつある多量のＣＯ２を含む化学吸収剤を通り抜けさせる。ライン１３０にある化学吸収剤は熱交換器１３２で冷却され、次いで、化学吸収剤として新しいサイクルで使用するためにライン１３４を経て吸収塔１１２の上部へ再導入される。典型的には、流れ１３４は吸収塔１１２へ入る前に、最初にリーンアミンクーラー（ａ  ｌｅａｎ  ａｍｉｎｅ  ｃｏｏｌｅｒ）を使用してさらに冷却される。
【００３１】
再度、ＣＯ２吸収システム１０２を参照すると、第１のガス流１０４は入口１１６で、ＣＯ２吸収システム１０２の吸収塔１１２へ入る。その組成によっては、第１のガス流１０４はその源（つまり、工業的プロセスから直接の排ガス）から受け入れたままで、直接使用できる。あるいは、第１のガス流１０４は、排ガス処理プロセス１３６を受けた排ガスに由来する。排ガス処理プロセス１３６は、排ガス中の１つ以上の成分の体積％を除くかまたは少なくするための１つ以上の連続する化学プロセス及び／またはスクラバーを含む。例えば、第１のガス流１０４は固体粒子（例えば粉塵粒子及び／またはすすの粒子）を含み得、排ガス処理プロセス１３６は、ＣＯ２吸収システム１０２で第１のガス流１０４からＣＯ２ガスを捕捉する前に、第１のガス流１０４から固体粒子の少なくとも一部を除去するために、電気集塵器、サイクロン及び／または布フィルターを含み得る。
【００３２】
加えて、排ガス処理プロセス１３６は、ＣＯ２吸収システム１０２でＣＯ２ガスを捕捉する前に、第１のガス流１０４から、気相の、少なくとも１つの追加の物質を捕捉するために動作され得る。そのような追加の物質の例は、アミン、硫黄化合物、ホスフェート及びシアン化物からなる群から選択された部分をもつものを含む。そのため、例えば、排ガス処理プロセス１３６はＳＯｘガス（例えばＳＯ２ガス及びＳＯ３ガス）を捕捉し、そして除去するため、排ガス脱硫を含み得る。排ガス中の窒素酸化物は、存在する場合、ＮＯｘガスをＮ２ガスへ転換するためアンモニアまたは尿素との高温または触媒反応により排ガス処理プロセス１３６で、処理され得る。硫化水素は、存在する場合、知られている通りにアミンまたは苛性洗浄プロセスを使用して除くことができる。シアン化物は加水分解によりアミン（ＮＨ３）に転換され、続いて吸収工程で除去され得る。苛性溶液（例えば水酸化ナトリウム溶液）は、第１のガス流１０４からシアン化物を除去することを促すためにも使用できる。排ガスの他の成分、例えば水銀、ヒ素または他の金属は、存在する場合、排ガス処理プロセス１３６の間、例えば収着剤上での吸着により、または排ガス脱硫生成物の一部として不活性固体中への捕捉により排ガスから除去できる。排ガス処理プロセス１３６に含むプロセスの選択は、工業的プロセスから受けたときの排ガスのタイプと組成、及び本文書で論じた第１のガス流１０４の所望の組成に、少なくとも一部は基づくことができる。排ガス中の具体的な追加の化合物については、排ガスを吸収剤システムに存在する化学物質に曝すことによっても達成される。これらの吸収は、しかし、吸収システムの動作効率に影響する可能性もあろう。
【００３３】
好ましくは、第１のガス流１０４は、第１のガス流１０４の総体積パーセントに基づき少なくとも２０体積パーセント（体積％）のＣＯガスとＣＯ２ガスとを合わせた量を有する。個々の成分に関し、第１のガス流１０４は、５〜８０体積パーセント（体積％）の窒素（Ｎ２）ガス、１５〜８０体積％のＣＯガス、５〜４０体積％のＣＯ２ガス、及び１〜６０体積％の水素（Ｈ２）ガスを含む。好ましくは、第１のガス流１０４は、５〜６０体積％のＮ２ガス、１５〜５０体積％のＣＯガス、５〜３５体積％のＣＯ２ガス、及び１〜３５体積％のＨ２ガスを含む。最も好ましくは、第１のガス流１０４は、５〜５０体積％のＮ２ガス、１５〜３５体積％のＣＯガス、５〜２５体積％のＣＯ２ガス、及び１〜１０体積％のＨ２ガスを含む。第１のガス流１０４の所与の体積％の基準は第１のガス流の総体積にあり、第１のガス流１０４の体積％は常に合計１００体積％である。本文書で論じられた第１のガス流は、また他の成分も含み得て、第１のガス流１０４の体積パーセントは常に総計が１００体積％になる。他の成分の例は、大気に見出される他のガスのうちメタンガス、酸素及びアルゴンを含み得るが、しかしこれらに限定されない。
【００３４】
上記に特定された体積パーセントに加え、驚くべきことに、ＣＯ２ガスに対するＣＯガスのあるモル比をとることにより、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８で生成されるエネルギーとＣＯ２脱着システム１１０を運転するために要するエネルギーの間で、少なくとも最小のエネルギー差が達成され得ることが見出された。例えば、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８で生成されるエネルギーとＣＯ２脱着システム１１０を運転するために要するエネルギーとを、注意深くバランスを取ることにより、ＣＯガス対ＣＯ２ガスのモル比が少なくとも０．５：１であるとき、エネルギー的に中性の、またはエネルギー量がより小さいプロセスが第１のガス流１０４から得られる。好ましくは、第１のガス流１０４の組成は、０．５：１〜１０：１のＣＯ２ガスに対するＣＯガスのモル比（ＣＯガスのモル数：ＣＯ２ガスのモル数）を有する。より好ましくは、第１のガス流１０４は、０．５：１〜５：１のＣＯ２ガスに対するＣＯガスのモル比を有し得る。最も好ましくは、第１のガス流１０４は、０．５：１〜２．５：１のＣＯ２ガスに対するＣＯガスのモル比を有し得る。
【００３５】
ＣＯ２吸収システム１０２に入る第１のガス流１０４は５℃〜１００℃の範囲に温度を有し得る。好ましくは、第１のガス流の温度は１５℃〜６５℃の範囲にある。より好ましくは、第１のガス流の温度は２５℃〜５０℃の範囲にある。ＣＯ２吸収システム１０２に入る第１のガス流１０４は、５ｋＰａ〜８４００ｋＰａの範囲の圧力を有し得る。好ましくは、第１のガス流１０４は５００ｋＰａ〜５０００ｋＰａの範囲の圧力を有する。より好ましくは、第１のガス流１０４は１５００ｋＰａ〜３０００ｋＰａの範囲の圧力を有する。
【００３６】
図１に示されるように、ＣＯ２脱着システム１１０は、ＣＯ２吸収システム１０２とフィッシャー−トロプシュ反応器１０８に接続している。フィッシャー−トロプシュ反応器１０８はまた、ライン１３８により水素（Ｈ２）ガス源と、入口１４０で第２のガス流１０６を受け入れるためにＣＯ２吸収システム１０２と、両方に接続している。本文書で論じるように、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８は、Ｈ２ガス源からのＨ２ガス（流れ１３８）並びに、第２のガス流１０６中のＣＯガス及びＨ２ガスを使用して、フィッシャー−トロプシュ反応により触媒的に炭化水素を生成するように動作する。ここで、フィッシャー−トロプシュ反応は炭化水素及び熱（つまり、発熱）を生成する。好ましくは、フィッシャー−トロプシュ反応からの炭化水素を生成は、本文書で論じるとおり、Ｃ５〜Ｃ２０炭化水素を生成することを含む。
【００３７】
概して、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８は、一連の発熱反応で炭化水素を生成するため、第２のガス流１０６からのＣＯガス及びＨ２ガス、並びにＨ２ガス源からのＨ２ガス（流れ１３８）にフィッシャー−トロプシュ反応を受けさせる。当業者によって理解されるとおり、フィッシャー−トロプシュ反応は、他の因子に加え、選択した反応器の設計、運転条件（例えばＣＯ：Ｈ２ガス比、流量、反応温度及び圧力）、担体物質を含む触媒及び１つ以上の助触媒が考慮されて、炭化水素の混合物を生成する一連の反応である。好ましい実施形態では、フィッシャー−トロプシュ触媒とプロセス条件について適切な選択により、少なくとも５０重量％の、５個以上及び２０個以下の炭素鎖をもつ炭化水素を、１０重量％未満の、好ましくは５重量％未満の、２１個以上の炭素数をもつ炭化水素画分とともに含む炭化水素群を生成することが可能である。これらの炭化水素生成物は好ましくは、ｎ−アルカン及び／またはｎ−オレフィンのような直鎖炭化水素である。当業者により理解されるように、触媒とプロセス条件の選択は所望の生成物を最適化する及び／または合せるため、例えば、メタンの生成を最小にし、Ｃ５〜Ｃ２０炭化水素画分の生成を最大化する、及び／または直鎖／分岐比を最大にするために利用できる。
【００３８】
第１のガス流の水素モル濃度は、典型的には同一の流れ中のＣＯモル濃度と比較して低く、その結果、Ｈ２モルとＣＯモルの比は１：１より低い。Ｈ２モルとＣＯモルの比を高める方法は当業者には知られている。例えば、ＣＯとＨ２ＯをＣＯ２とＨ２に転換するために水性ガス転化反応器が使用でき、それによりＨ２モルとＣＯモルの比を増やすことができる。しかし、好ましくは、有用な化学物質の生成のためＣＯの使用を最大化するように、水素源が選択される。この追加のＨ２ガスは、Ｈ２：ＣＯの比を増やしてフィッシャー−トロプシュ反応に適した所望の比にするよう、流れ１３８として、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８に供給することができる。
【００３９】
フィッシャー−トロプシュ反応器１０８の設計は、多管式固定床反応器、流動床反応器、スラリー反応器及び流動床回転触媒反応器を含むいくつかの反応器の設計から選択できる。反応器の設計により、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８は１５０℃〜５００℃の範囲の温度で動作され得る。好ましくは、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８の動作温度は、１５０℃〜３００℃の範囲にあり得る。フィッシャー−トロプシュ反応器１０８の動作圧は１００ｋＰａ〜１００００ｋＰａであり得る。好ましくは、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８の動作圧は１０００ｋＰａ〜５０００ｋＰａであり得る。種々の触媒がフィッシャー−トロプシュプロセスのために使用できる。適した触媒の例は、コバルト、鉄及び／またはルテニウムを含むが、それらに限定されない。好ましくは、コバルト触媒が使用される。例えば、Ｃ５〜Ｃ２０炭化水素画分の選択的形成に適したコバルトベース触媒と処理条件は、２０１５年９月２１日に出願された“Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｎｏｒｍａｌ  Ａｌｋａｎｅｓ”（国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１５／５１１８９）及び２０１５年９月２１日に出願された“Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ”（国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１５／５１２３４）に見出される。この両者は参照により全体が本文書に組み入れられる。
【００４０】
触媒は、シリカ、アルミナ、チタン及び／またはゼオライトのような、担体を含み得る。助触媒もまた触媒と共に使用でき、助触媒の例は、本技術分野で知られているように、カリウムと銅化合物を含むが、これらに限定されない。助触媒の選択は選択した触媒と生成されるべき炭化水素により変わり得る。加えて、フィッシャー−トロプシュ反応の動作温度と圧力の選択は、反応器の設計、生成されるべき炭化水素、触媒及びフィッシャー−トロプシュ反応で使用される触媒と触媒充填値（ｃａｔａｌｙｓｔ  ｌｏａｄｉｎｇ  ｖａｌｕｅｓ）等の種々の因子に依存する。
【００４１】
本文書で論じられるように、ＣＯ２吸収システム１０２は化学吸収剤を使用して第１のガス流１０４からＣＯ２ガスを吸収するよう動作し、それにより第１のガス流１０４と比較して高濃度のＣＯガスと低濃度のＣＯ２ガスを有する第２のガス流１０６を生成する。好ましくは、ＣＯ２吸収システム１０２は第１のガス流１０４に存在するＣＯ２ガスの少なくとも９０体積パーセント（体積％）〜９５体積％を回収するように動作する。いいかえれば、ＣＯ２吸収システム１０２の化学吸収剤、運転温度及び／または運転圧の選択は、第１のガス流１０４からＣＯ２ガスの少なくとも９０体積％〜９５体積％を除去することにより第２のガス流１０６を形成するように選択できる。第１のガス流１０４から９５体積％より多いＣＯ２ガスを除去することも可能である。
【００４２】
第２のガス流１０６の生成の際、第１のガス流１０４から少なくとも９０体積％〜９５体積％のＣＯ２ガスが除去されることを考慮すると、第２のガス流１０６におけるＣＯ２ガスに対するＣＯガスのモル比は、第１のガス流１０４よりも大きいであろう。例えば、第２のガス流１０６におけるＣＯ２ガスに対するＣＯガスのモル比は、５：１〜２００：１（ＣＯガスのモル数：ＣＯ２ガスのモル数）であり得る。好ましくは、第２のガス流１０６におけるＣＯ２ガスに対するＣＯガスのモル比は１０：１〜１００：１（ＣＯガスのモル数：ＣＯ２ガスのモル数）であり得る。
【００４３】
ライン１３８を経て、及び第２のガス流１０６から供給されるＨ２ガスを使用して、フィッシャー−トロプシュプロセスは、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８で、０．１：１〜１０：１のＨ２ガスモル：ＣＯガスモル比で実施され得る。好ましくは、フィッシャー−トロプシュ反応で炭化水素を生成するため使用されるＨ２ガスとＣＯガス１０６は、１：１〜３：１の範囲のＣＯガスに対するＨ２ガスのモル比（Ｈ２ガスのモル数：ＣＯガスのモル数）で反応する。所与のモル比のＨ２ガスとＣＯガスの流れに対するガス毎時空間速度は、１００ｈｒ−１〜１００００ｈｒ−１の範囲であり得る。特に好ましい例では、フィッシャー−トロプシュ反応器は、１：１〜３：１の範囲のＣＯガスに対するＨ２ガスのモル比（Ｈ２ガスのモル数：ＣＯガスのモル数）のＨ２ガスとＣＯガスを使用して２００℃〜２６０℃の範囲の温度と１０００ｋＰａ〜５０００ｋＰａの範囲の圧力でコバルト触媒を用いて動作する。この特に好ましい例は、フィッシャー−トロプシュ反応から、Ｈ２ガスとＣＯガスによりＣ５〜Ｃ２０炭化水素を生成する。
【００４４】
フィッシャー−トロプシュ反応器１０８に供給される、第２のガス流１０６のＨ２ガスは第１のガス流１０４に存在するＨ２ガスに由来する。ライン１３８を通ってフィッシャー−トロプシュ反応器１０８に供給されるＨ２ガスは、いずれかの数の水素生成プロセスに由来し得る。Ｈ２ガス源の例は、鉄鋼製造プラントからのコーク炉ガス、脱水素プラント、水蒸気分解プロセス、オイル精製プロセス、または水蒸気改質プロセス、または電解プロセスからの水素副産物流を含み得る。統合システム１００はさらに、Ｈ２ガス洗浄プロセス１４２を含むことができ、本技術分野で知られている通り、その選択はＨ２ガス源次第であろう。Ｈ２ガス洗浄プロセス１４２における工程の例は、Ｈ２ガスの１つ以上の成分の体積パーセントを除くかまたは減少させる、１つ以上の一連の化学プロセス及び／またはスクラバーを含み得るが、それらに限定されない。例えば、静電集塵装置、サイクロン及び／または布フィルターは、Ｈ２ガスの流れ１３８に存在するいずれか固体粒子の少なくとも一部を除去するため使用できる。必要な場合には、他の技術、例えば圧力変動吸着法が、Ｈ２ガスの流れ１３８を洗浄するため使用できる。よって、例えば、Ｈ２ガス処理システム１４２はＳ−含有汚染物質を捕捉し、除去するための排ガス脱硫を含むことができる。硫化水素は、存在する場合、知られているように、アミンまたは苛性洗浄プロセスを使用して除去できる。アンモニア（ＮＨ３）は洗浄プロセス、または吸収プロセスにより除去できる。シアン化物は加水分解によりアミン（ＮＨ３）に転換され、続いて吸収工程で除去される。苛性溶液（例えば水酸化ナトリウム溶液）は第１のガス流１０４からシアン化物を除去することを促すためにも使用できる。排ガスの他の成分、例えば、金属が存在する場合、排ガス処理プロセス１４２の間、例えば収着剤上での吸着により、または排ガス脱硫生成物の一部として不活性固体中への捕捉により排ガスから除去できる。排ガス処理プロセス１４２に含むプロセスの選択は、工業的プロセスから受けたままの排ガスのタイプと組成、及び本文書で論じた第１のガス流１０４の所望の組成に、少なくとも一部は基づくことができる。具体的実施形態では、追加のＨ２源は、第１のガス流１０４とともに洗浄部１３６に供給でき、そしてＣＯ２吸収システム１０２を経てフィッシャー−トロプシュ反応器１０８に供給され得る。フィッシャー−トロプシュ反応を行うための所望のＨ２：ＣＯガス比を達成するため、流れ１３８として、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８へ別の供給源から追加のＨ２ガスを供給することがなお必要である場合もある。
【００４５】
フィッシャー−トロプシュ反応器１０８の生成物は分離器１４４に送られ、そこでフィッシャー−トロプシュ反応からの生成された炭化水素が、他のガスに加え、ＣＯガス、Ｈ２ガス、ＣＯ２ガス及び水蒸気から分離される。分離器１４４は、他の選択肢に加えて、温度を低くして気体の生成物から凝縮した生成物を分離する凝縮の原理を適用する従来の気液分離装置でもよい。
【００４６】
具体的な実施形態では、分離器１４４からの液体生成物は、所望の場合、さらに処理を受けて生成物は所望の規格に作り上げられる。そのような単位操作は、所望の場合、生成物を分解及び／または異性化するため、及び時にフィッシャー−トロプシュ反応で形成される酸素化化合物を除去するため、（水素化）分解及び／または水素化脱酸素のような触媒的転換を含み得よう。
【００４７】
任意に、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８から来て、分離器１４４で分離されたＣＯ２含有ガスは化学吸収剤による捕捉のためライン１４６を通って、ＣＯ２吸収システム１０２の入口１１６へ供給できる。加えて、ライン１４７はフィッシャー−トロプシュ反応の後、残存するＣＯガスとＨ２ガスの少なくとも一部をフィッシャー−トロプシュ反応器１０８へ戻すために使用できる。図示されているように、ライン１４７はフィッシャー−トロプシュ反応器１０８に入る前に第２のガス流１０６に接続できる。
【００４８】
フィッシャー−トロプシュ反応器１０８はさらに、フィッシャー−トロプシュ反応の間に生成される熱の少なくとも一部を捕捉するため熱交換機１４８を含み得る。熱交換機１４８は、他の設計に加え、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８の設計内に構成された管形熱交換機を含むことができる。熱交換機１４８を通って流れる冷却流体はフィッシャー−トロプシュ反応の間に生成される熱を吸収し、フィッシャー−トロプシュ反応器１０８の内部の反応条件を維持することを助ける。熱交換機１４８に使用される冷却流体は、他の既知の冷却流体に加え水を含み得る。
【００４９】
図１に示されているように、ＣＯ２脱着システム１１０は熱交換器１４８に接続している。具体的には、ＣＯ２脱着システム１１０のリボイラー１２４はライン１５０を通じて熱交換器１４８と接続している。熱交換器１４８で使用される冷却流体は、フィッシャー−トロプシュ反応の間に生成する熱を吸収する。ついで、この冷却流体はライン１５０を通って、ＣＯ２脱着システム１１０のリボイラー１２４に供給され、その結果、フィッシャー−トロプシュ反応で生成し、熱交換機器１４８で捕捉された熱の少なくとも一部は、脱着システム１１０の化学吸収剤を熱的に再生し、第１のガス流から捕捉されたＣＯ２ガスを放出するために使用することができる。
【００５０】
図１に見えるように、フィッシャー−トロプシュ反応の間に生成する熱を吸収後、熱交換機１４８から来る冷却流体は、入口１５２でリボイラー１２４に入り、リボイラー１２４は、熱交換機１４８から来る冷却流体中のこの熱を、ＣＯ２脱着塔１１４の多量のＣＯ２を含む化学吸収剤へ伝える。本文書で論じられる通り、熱は、次に多量のＣＯ２を含む化学吸収剤からの吸収されたＣＯ２を放出させ、それにより脱着塔１１４を通る途上で化学吸収剤を再生させる。
【００５１】
図２を参照すると、本開示による統合システム２００の追加の実施形態が示されている。図示されているように、統合システム２００は、図１に関して先に論じた２つの主要プロセスを含み、２つの主要プロセスは、両者が化学吸収剤を使用してＣＯ２ガスを捕捉し、そしてＣＯガスとＨ２ガスを炭化水素へ転換する発熱的プロセス（例えばフィッシャー−トロプシュ反応）において捕捉された熱を使用して化学吸収剤を熱的に再生するように統合されている。図１に示された構成要素に関する議論は略し、ここでは繰り返さない。しかし、それらは図２に示され、図２に関する以下の議論に組み入れられる。
【００５２】
図２は３つの主要なプロセスの間でエネルギー「伝達」が行われる本開示の実施形態を示す。先に論じたように、２つの主要なプロセスは、両者が化学吸収剤を使用してＣＯ２ガスを捕捉し、そしてＣＯガスとＨ２ガスを炭化水素へ転換する発熱的プロセス（例えばフィッシャー−トロプシュ反応）において捕捉された熱を使用して化学吸収剤を熱的に再生するように統合されている。ここで、図２は、電力の発生プロセスへのボイラー供給水を最初に予熱するため、フィッシャー−トロプシュ反応に由来する熱を好ましくは利用する電力の発生プロセス（例えば水蒸気ベース発電プラント）を統合している。これにより、電力の発生プロセスは、同一の電気エネルギー出力を維持しながら、その燃料の使用を減少させる。
【００５３】
図２に示されているように、統合システム２００は電力発生プロセス２５４を含む。種々の電力発生プロセスが知られ、以下はその一例に過ぎない。本開示の包括的な理解を変えることなく、他の既知の構成要素が代わりに使用されること及び／または電力発生プロセス２５４に加えられ得ることが理解されよう。
【００５４】
電力発生プロセス２５４は、本技術分野で知られている他の物に加えて、蒸気タービン２５６と、蒸気タービン２５６からの機械エネルギーを電気エネルギーに転換するため、軸２６０を経て蒸気タービン２５６に機械的に結合している発電機２５８を含み、電気エネルギーは電線２６２により外部回路へ伝えることができる。炉２６４は、蒸気タービン２５６を動かす高圧蒸気を生成するためボイラー供給水を加熱する。炉２６４は、ライン２６６を通って運ばれる、例えば石炭、燃料油、天然ガスまたはシェールオイルのような燃料を使用して動作できる。炉２６４により生成された高圧蒸気は入口２６８で蒸気タービン２５６に与えられる。そこで、高圧蒸気は軸２６０を回転させる仕事量を与える。
【００５５】
この第３のプロセスを２つの既に論じたプロセスへ接続するため、フィッシャー−トロプシュ反応器２０８と組み合わされている熱交換器２４８は電力の発生プロセス２５４と接続している。具体的には、電力の発生プロセス２５４の炉２６４はライン２５０を通じて熱交換器２４８に接続している。熱交換器２４８で加熱された後のライン２５０にある熱交換流体（例えば熱水凝縮体）が炉２６４の入口２７０へポンプにより送液される。ここで、熱交換流体はボイラー供給水の一部として炉２６４に入ることができる。あるいは、熱交換器はフィッシャー−トロプシュ反応器２０８と組み合わされた熱交換機２４８からの熱交換流体からの熱を、最初にボイラー供給水を予熱するため伝えるように使用できよう。炉２５６により生成された排ガス２８２はＣＯ２吸収システム２０２の第１のガス流２０４へ再循環できる。
【００５６】
そのため、生成され、フィッシャー−トロプシュ反応の間にフィッシャー−トロプシュ反応器２０８内の熱交換機２４８により捕捉された熱は、最初に電力の発生に使用される。これにより、フィッシャー−トロプシュ反応器２０８の熱交換機２４８から来る熱交換流体は、高いエネルギー量で最初に電力の発生プロセス２５４で使用できる。電力の発生後の残存廃熱は、次に、本文書で論じられるように、統合システム２００のＣＯ２脱着システム２１０内の化学吸収剤を熱的に再生するため、フィッシャー−トロプシュ反応の間に生成される熱の一部として使用される。この中で、発生されたＭＷ電力当たり１．１ｋＴ／ｙ、あるいは３．７Ｔ  ＣＯ２／Ｔ生成された生成物、のＣＯ２減少と共に、電力の発生プロセスの効率は約４０％から約５０％へ増加し得る。
【００５７】
図示のように、蒸気タービン２５６は蒸気用の出口を備え、出口の位置は具体的目的により設定される。図示のように、排蒸気出口２７２は蒸気タービン２５６を離れライン２７４内の排蒸気を凝縮器２７６に与え、凝縮器は凝縮を行い、凝縮物を、ライン２７８を経て炉２６４の入口２７０に戻し、高圧蒸気へ再生される。蒸気タービン２５６は、また副取り出し口２８０も備え、脱着塔２１４のリボイラー２２４での使用に適するような温度と圧力で蒸気を供給し、多量のＣＯ２を含む化学吸収剤を加熱し吸収されたＣＯ２ガスを放出させ、それにより、脱着塔２１４を通過中に化学吸収剤を再生する。リボイラー２２４からの凝縮物は、次に熱交換器２４８の入口２５２へ戻すことができる。本文書で論じる通り、これにより、普通、蒸気タービン２５６からの廃熱になるであろうものが、今やＣＯ２ガスを捕捉するために使用された化学吸収剤の再生に使用することが可能になる。この熱は、そうでなければ大気へ放散されたであろう。この構造は、従って、エネルギー使用の改善された階層を提供し、そこではフィッシャー−トロプシュ反応器２０８で生成される熱は、最初に電力の発生を助けるため使用されるだけでなく、ＣＯ２ガスを捕捉するために使用される化学吸収剤を再生するためにも使用される。これは用途を有効に二倍にし、そのため、フィッシャー−トロプシュ反応器２０８で生成される熱の価値を二倍にする。結局、エネルギーは節約され（故意のエネルギー生成はＣＯ２排出源の追加である）そして、ＣＯ２ガスは捕捉される。
【００５８】
本文書で論じた統合システム１００及び／または２００のプロセスはバッチプロセス、準連続プロセス、または連続プロセス運転で動作できる。好ましくは、本文書で論じた統合システム１００及び／または２００のプロセスは連続プロセス運転において動作される。
【図１】
2019502533.tif 000003
【図２】
2019502533.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月18日(2018.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学吸収剤により、一酸化炭素（ＣＯ）ガス及びＣＯ２ガスを含む第１のガス流から二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを捕捉し、第１のガス流と比較して高い濃度のＣＯガス及び低い濃度のＣＯ２ガスを有する第２のガス流を生成することであって、前記第１のガス流が、０．５：１〜１０：１の前記ＣＯ２ガスに対する前記ＣＯガスのモル比（ＣＯガスモル数：ＣＯ２ガスモル数）を有する、生成することと、
熱を生成するフィッシャー−トロプシュ反応から、水素（Ｈ２）ガス及び前記第２のガス流中の前記ＣＯガスにより炭化水素を生成することと、
前記フィッシャー−トロプシュ反応で生成された前記熱の少なくとも一部を使用して、前記第１のガス流から捕捉された前記ＣＯ２ガスの遊離により前記化学吸収剤を再生することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記第１のガス流が、前記第１のガス流の総体積パーセントに基づいて、少なくとも２０体積パーセント（体積％）の、ＣＯガスとＣＯ２ガスとを合わせた量を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のガス流が、０．５：１〜２．５：１の前記ＣＯ２ガスに対する前記ＣＯガスのモル比（ＣＯガスモル数：ＣＯ２ガスモル数）を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記フィッシャー−トロプシュ反応から前記Ｃ５〜Ｃ２０炭化水素を生成するために使用される、前記Ｈ２ガス及び前記第２のガス流中の前記ＣＯガスが、１：１〜３：１の範囲内の、ＣＯガスに対するＨ２ガスのモル比（Ｈ２ガスモル数：ＣＯガスモル数）で反応する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記フィッシャー−トロプシュ反応の後に残存する前記ＣＯガス及びＨ２ガスの少なくとも一部が、前記第２のガス流に戻ることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
少なくともＣＯガス及びＣＯ２ガスを有する第１のガス流のための入口を有するＣＯ２吸収システムであって、化学吸収剤により前記第１のガス流からＣＯ２ガスを捕捉し、第１のガス流と比較して高い濃度のＣＯガス及び低い濃度のＣＯ２ガスを有する第２のガス流を生成する、ＣＯ２吸収システムと、
水素（Ｈ２）ガス源及び前記第２のガス流を受け取るように、前記ＣＯ２吸収システムに接続された熱を生成するフィッシャー−トロプシュ反応器であって、前記Ｈ２ガス及び前記第２のガス流からの前記ＣＯガスによりフィッシャー−トロプシュ反応から触媒的に炭化水素を生成するように動作する、フィッシャー−トロプシュ反応器と、
前記フィッシャー−トロプシュ反応の間に生成される熱を捕捉するために前記フィッシャー−トロプシュ反応器に接続された熱交換器と、
前記ＣＯ２吸収システム及び前記熱交換機の両方に接続されたＣＯ２脱着システムであって、前記フィッシャー−トロプシュ反応器の前記熱交換機で捕捉された前記熱が、最初に電力の発生に使用され、前記電力の発生の後に残存する廃熱が、前記捕捉されたＣＯ２ガスを遊離させるために、前記ＣＯ２脱着システムの前記化学吸収剤を熱的に再生するために使用される、ＣＯ２脱着システムと、を備える、統合システム。
【請求項７】
前記第１のガス流が５〜６０体積パーセント（体積％）の窒素ガス、１５〜５０体積％のＣＯガス、５〜３５体積％のＣＯ２ガス、及び１〜３５体積％の水素ガスを含み、前記第１のガス流が、０．５：１〜２．５：１の前記ＣＯ２ガスに対する前記ＣＯガスのモル比（ＣＯガスモル数：ＣＯ２ガスモル数）を有し、前記第１のガス流が、前記第１のガス流の総体積パーセントに基づいて、少なくとも２０体積パーセント（体積％）のＣＯガスとＣＯ２ガスとを合わせた量を有する、請求項６に記載の統合システム。
【請求項８】
前記フィッシャー−トロプシュ反応において、前記炭化水素を生成するために使用される前記第２のガス流中の前記Ｈ２ガス及び前記ＣＯガスが、１：１〜３：１の範囲のＣＯガスに対するＨ２ガスのモル比（Ｈ２ガスモル数：ＣＯガスモル数）で反応し、前記フィッシャー−トロプシュ反応器が２００℃〜２６０℃の範囲の温度及び１０００ｋＰａ〜５０００ｋＰａの範囲の圧力でコバルト触媒を用いて動作する、請求項６に記載の統合システム。
【請求項９】
前記フィッシャー−トロプシュ反応器からのＣＯ２ガスが、前記ＣＯ２吸収システムの前記入口へ供給され、前記フィッシャー−トロプシュ反応器からの前記ＣＯガス及びＨ２ガスの少なくとも一部が前記フィッシャー−トロプシュ反応器へ戻る、請求項６に記載の統合システム。
【請求項１０】
前記第１のガス流は、煙道ガス、排ガス、排出ガス、またはそれらの組み合わせを含む流出ガス流をさらに含み、前記第１のガス流は、鉄鋼製造産業プロセスからの流出ガス流をさらに含む、請求項６に記載の統合システム。
【国際調査報告】
2019502533.tif 000005
2019502533.tif 000006
2019502533.tif 000007